EDA第七章详解.ppt

第七章微波控制电路、第二微波控制电路、微波控制电路等根据其应用而被分类，微波信号传输路径可以断开或者切换开关微波开关可以控制微波信号的幅度 -电子控制衰减器、限幅器等。 控制微波信号的相位数字移相器。 7.1引言、3、PIN二极管结构、7.2PIN二极管的基本特性、4、PIN管的工作机制在零偏置时，通过扩散作用，p区空穴和n区电子分别向I区扩散后复合，在I区边界附近产生电场。 因为这一建立的电场阻碍了空穴和电子向I层的注入，所以最终达到了动态平衡，本征区域处于非导电状态，在施加了逆偏压的情况下，非导电的程度进一步增加。 但是，微波的频率特性有很大差异。 正反偏压下微波信号作用于PIN二极管，PIN结特性，5，结论： PIN管为直流电压，零偏压显示高电阻，反偏压下阻抗大，正偏压下显示低电阻，偏流越大电阻值越低。 微波信号导致管的阻抗主要依赖于直流偏置的极性和大小，与微波信号的振幅几乎无关。 6，(a )正向等效电路(b )正向简化电路，定性分析时可与短路等效，(c )反向偏置(I层全部不为空时)等效电路(d )反向偏置(I层全部为空)等效电路定性分析时可与开路等效的PIN二极管芯片等效电路，7， 通断开关，例如单极单掷(SPST )开关，能够控制传输系统中微波信号的通断，其典型应用是切换作为微波信号源用的脉冲调制器的单极双掷(SPDT )开关等开关。 其典型应用是雷达发射机与接收机共用天线的发送接收切换开关。 根据电路形式，有串联型开关、并联型开关、串联/并联型开关，有7.3微波开关、8、(a )串联型(b )并联型、单极单投开关(SPST )、9， 因为PIN管实际上存在恒定数值电抗和损耗电阻，所以开关电路在导通时不具有零衰减而称为正向插入损耗l，定义了在开关导通时向负载传送的实际功率与从理想开关向负载传送的功率之比：其中，输入信号的源极资源功率； 输出。 开关关闭时衰减并非无穷大，称为隔离(isolation )，在开关关闭时负载承受实际功率时，上式表示开关隔离。插入损失和隔离，10，串联型：单极单投开关设计，接通：断开：插入损失小，电阻小，元件截面积大，隔离，容量小，单极单投开关设计考虑隔离和插入损失间的折衷11，(a )串联型(b )并联型，(c )串联等效电路(d )并联等效电路， 插入损耗和隔离计算交换机网络的特性用双端口网络的参数表示，由、12、小区元件s参数(S21 )定义，串联、并联交换机的插入损耗分别为、式中、插入损耗和隔离计算、13、多管单向交换机：多路复用为了改善开关的隔离，a )并联式开关电路(b )串联式开关电路、包括两个PIN二极管的开关电路、包括两个并联式开关14和两个并联式开关可被视为两个级联式PIN管并联开关，其中a参数归一化矩阵为， 可以从双端口网络的a矩阵和s矩阵的换算关系中得出：(dB )，多管单向交换机的插入损耗和隔离，15，单极双投交换机(SPDT )，技术指标：插入损耗，隔离。 发射电路、低频信号、天线、接收电路、低频信号、开关16、SPDT开关设计、设计目标：插入损耗小、隔离度大。并联型：插入损耗小、电容小、元件截面积小、隔离度大、电阻小、元件截面积大、SPDT开关的设计应考虑隔离度与插入损耗之间的折衷17、单极双掷开关(SPDT )、18、吸收反射式开关：关断时能量反射吸收式开关：关断时能量吸收负载，输入：、输出、19、开关的其他技术指标，开关时间：微波开关的开关时间为几十ns左右。功率容量：定义了开关可通过的最大微波功率。 超过这个电力开关可能会被焚烧。 而且，MESFET开关是三端子装置，用栅极电压来控制开关状态，并且如果典型开关特性是负偏置，则栅极偏置电压大于截止电压无论设备是开启还是关闭状态，都不需要直流偏置电力，因此能够分类为被动部件类。 MESFET微波开关，21，MESFET开关电路的电路图，22，(a)10W发送/接收开关的电路图，23，(a)SPST电路(b)SPDT电路，毫米波开关电路，24，25，26，微波集成移相器分类7.4微波电压控制移相器，27需要一定的移相量，且移相精度高而相移发生变化的情况下，开关的开关时间短，在驱动信号的功率要求小的工作频带中，输入驻波比低，插入衰减小的结构小型化，电子控制性能良好。 微波电压控制移相器的基本要求，28，工作频带：移相器的技术指标下降到允许边缘值时的频率范围。 相移量：输入信号与输出信号的相位差。 相移精度：相对于固定频率点，相移量的各步长值在各中心值周围具有一定偏移的频带内的频率不同的情况下，相移量具有不同的数值。 在提供可使用最大相移偏差(即每个频率点的实际相移和每个步长值的最大偏差)表示的均方根误差的情况下，相移精度指示符指示每个步长值的相移偏差的均方根值。 移相器的切换时间：移相器由微波开关构成，因此移相器的切换时间基本上取决于开关的切换时间。 寄生振幅调制：移相器的技术指标，29，(a )移相器电路(b )，(c )等效电路微带负载线性移相器，负载线性移相器，30，从网络的a矩阵到图(b )电路必须与图(c )电路等效，但图(c )电路的a矩阵可写为31，其中比较二进制矩阵元素必须相等，使得可确定相移量的反射型移相器的电路图、32、及两种典型的反射型移相器的电路图，在正偏置D1及D2期间展示电阻器，且在反偏置时在所述计算设备的两个状态下反射的系数为和，其中所述两个相移器分别借助于交换网络相移器35、交换网络相移器36、由类型网络组成的交换网络相移器37，以及网络归一化器矩阵，在方程式中，和或者分别借助于电抗和电抗归一化器网络的传输系数S21是标准化的a矩阵参数，传输线路相位表示为、38，切换开关时低通滤波器网络成为高通滤波器网络，同时改变符号，相移的大小不变，但符号发生变化。 通过、39，电信号控制衰减量的衰减器称为电调整衰减器。 在电调整衰减器中，电控制信号通常被连续调整以实现对衰减量的连续调整。 电调制衰减器主要用于电路系统的自动增益控制、放大器增益变化的温度补偿等。 电调整衰减器可以是可连续调整的或数字的。 电气调节衰减器可以通过PIN二极管和各种晶体管来实现。 7.5微波功率调制衰减器，40，衰减动态范围：最大衰减量(用dB表示)和最小衰减量(用dB表示)之差。 衰减线性：衰减和施加偏压呈线性关系。 驻波比：反射型衰减器驻波比差，需要添加隔离器使用。 吸收式衰减器驻波比好，性能好，应用广泛。 衰减频带和平坦度：功率调制衰减器的衰减频带意味着衰减量与频带内的各个频率点一致，并且即使衰减量发生变化，衰减量也被均匀地衰减。 所谓平坦度，是工作频带内的衰减量的起伏，始终以最大起伏表示平坦度的优劣。 电力范围：电调衰减器接受电力的范围。 衰减器的主要技术指标41、电控衰减器可以根据产生衰减的物理原因分为反射型和吸收型。 在反射型衰减器中衰减主要由PIN管的反射形成，在吸收型衰减器中衰减主要由PIN管的损失形成。图中的网络衰减是，衰减器原理图，PIN二极管衰减器，42，型衰减器图中的电阻R1和R2分别表示3个PIN管，从aa截面向右看的阻抗是ZA，为了实现输入端匹配，PIN管连接的型衰减器等效电路典型的电调衰减器电路43将型电阻网络的输入电压与输出电压之比设为k，其简化的结果是，电阻R1和R2的值可以用特性阻抗Z0和k的值表示，44，由相同的PIN管构成的图示那样的衰减器电路在中心频率下正向偏置时反射不会为零、窄带匹配衰减器、45、3dB方向分支耦合器型电调谐衰减器、46、并联PIN管阵列(b